Laminopathie, Cardiomyopathie dilatée, Cellules souches pluripotentes induites, Edition génique, Organoïdes cardiaques, Métabolisme, Calcium mytochondrial

Le gène LMNA code les lamines A/C, qui s'assemblent au niveau de la membrane nucléaire pour former la lamina nucléaire. Celle-ci assure l'intégrité mécanique du noyau, participe à l'organisation de la chromatine et est une actrice de la mécanotransduction des cellules. Les mutations du gène LMNA entraînent donc des pathologies hétérogènes affectant divers tissus, appelées laminopathies. En particulier, les tissus soumis à des contraintes mécaniques importantes sont affectés de façon prédominante, et une dysfonction cardiaque, appelée cardiomyopathie-LMNA, est rapportée dans la majorité des laminopathies. Elle se caractérise par une dilatation du ventricule gauche, précédée par l'apparition de défauts de conduction et d'arythmies, engendrant un haut risque de mort subite chez les patients. Les mutations du gène LMNA font partie des causes les plus fréquentes de cardiomyopathie dilatée d'origine génétique mais aucune thérapie spécifique n'est disponible à ce jour. De plus, les liens génotypes-phénotypes n'ont pas encore été élucidés, ce qui freine le développement de nouvelles thérapies. Les cellules souches pluripotentes induites (hiPSCs) sont un outil couramment utilisé pour obtenir n'importe quel type cellulaire humain avec un génotype donné. Elles peuvent notamment être dérivées en cardiomyocytes, ensuite assemblés en structures tissulaires, afin de simuler l'environnement 3D du coeur et d'améliorer la maturité des cellules. De plus, l'avènement de l'utilisation d'outils d'édition génique permet d'insérer ou de corriger des mutations dans ces cellules, afin d'obtenir des clones isogéniques, utiles à la meilleure compréhension de la physiopathologie de cardiomyopathies génétiques rares. Ainsi, dans le cadre de ma thèse, j'ai pu étudier la cardiomyopathie-LMNA induite par la mutation LMNA H222P, sur un modèle d'hiPSCs dérivées d'un patient. Mon objectif principal était de modéliser et de comprendre la dysfonction cardiaque induite par cette mutation. Mon travail s'est donc articulé autour de 3 axes : la mise au point d'un modèle d'organoïdes cardiaques 3D circulaires, la correction de la mutation dans les iPSCs par CRISPR/Cas9, et l'analyse phénotypique comparée des cardiomyocytes dérivés (hiPSC-CMs) des lignées mutée et corrigée. Premièrement j'ai pu développer, en collaboration avec une entreprise de biotechnologie, une nouvelle plateforme permettant la formation haut-débit d'organoïdes cardiaques circulaires constitués d'hiPSC-CMs et de fibroblastes dermaux humains. Cette plateforme facilite la mesure in situ de la force de contraction des tissus, l'analyse de leur structure et montre les réponses attendues à des agents pharmacologiques classiques. A l'aide du système CRISPR/Cas9 nous avons pu procéder à la correction des hiPSCs présentant la mutation LMNA H222P, en développant une stratégie spécifique à la mutation. Nous avons pu obtenir un clone isogénique pluripotent. Ces outils nous ont permis la caractérisation des atteintes cardiaques liées à la mutation LMNA H222P à partir des hiPSC-CMs issus des clones mutés et corrigés. Nous avons observé des anomalies nucléaires ainsi qu'une dysfonction contractile dans les tissus cardiaques mutés. Nous avons également mis en évidence une altération des transitoires calciques. Nous avons pu démontrer la diminution de l'expression de l'uniporteur de calcium mitochondrial MCU induisant une diminution de la recapture mitochondriale du calcium. Cette dysfonction se traduit au niveau transcriptomique, par une dérégulation des voies du métabolisme, et engendre une diminution de la respiration mitochondriale et donc de la production d'ATP dans les cellules. Ainsi, ce travail a permis d'identifier MCU comme un nouvel acteur du développement de la cardiomyopathie-LMNA dans des hiPSC-CMs mutées LMNA H222P, liant les autres phénotypes observés, et offre donc la modulation du calcium mitochondrial comme nouvelle voie thérapeutique aux patients atteints de cette mutation.